Lời nói đầu
Cùng sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các

thiết bị truyền dẫn, điều khiển dầu ép và khí nén sử dụng trong máy móc trở nên

rộng rÃi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện
vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, máy bay, tàu thủy, máy y

khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm, do những thiết bị này làm việc linh hoạt,
điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và
lắp đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và
điều khiển bằng cơ khí hay điện. Nhằm trang bị cho bạn đọc nền kiến thức tốt

nhất để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị của hệ thống điều khiển dầu ép và
khí nén trong thực tế. Bằng những kinh nghiệm tác giả đúc kết được của nhiều
năm làm việc thực tiễn trên các máy, công nghệ điều khiển số hiện đại tác giả đÃ
biên soạn ra cuốn sách này.

Bài giảng Truyền động dầu ép và khí nén được tổng hợp từ những kiến

thức cơ bản của các lĩnh vực liên quan. Hy vọng qua nội dung này bạn đọc có
thể tính toán, thiết kế, lắp đặt và điều khiển được một hệ thống Truyền động dầu
ép và khí nén theo các yêu cầu khác nhau.

Trong quá trình biên soạn, không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả

rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến.

Tác gi¶

1

Mục lục
Lời nói đầu ..................................................................................................................... 1
Phần 1. Hệ thống truyền động dầu ép....................................................... 5

Chương 1: Đại cương về hệ thống truyền động dầu ép ............................................. 5

1.1. Quá trình phát triển của hệ thống truyền động dầu ép ......................................... 5
1.2. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động dầu ép ............................................... 6
1.2.1. Ưu điểm ........................................................................................................ 6
1.2.2. Nhược điểm ................................................................................................... 6
1.3. Các phương trình cơ bản của lưu chất ................................................................. 6
1.3.1. áp suất thủy tĩnh ........................................................................................... 6

1.3.2. Phương trình dòng chảy liên tục ................................................................... 7
1.3.3. Phương trình Bernulli .................................................................................... 8
1.4. Tính chất và đặc điểm của dầu ............................................................................. 8
1.4.1. Đặc điểm của dầu dùng trong hệ thống dầu ép............................................. 8
1.4.2. Các đơn vị đo lường của dầu ....................................................................... 10
1.5 Tổn thất trong hƯ thèng dÇu Ðp ........................................................................... 11
1.5.1. Tỉn thÊt thĨ tÝch .......................................................................................... 11
1.5.2. Tỉn thÊt c¬ khÝ ............................................................................................ 11
1.5.3. Tỉn thÊt áp suất ........................................................................................... 12

1.5.4. ảnh hưởng các thông số hình học đến tổn thất áp suất .............................. 12

1. Tiết diện dạng tròn ............................................................................................ 12

Câu hỏi và bài tập chương 1 ...................................................................................... 17

Chương 2: Các phần tử trong hệ thống điều khiển dầu ép ...................................... 18

2.1. Cơ cấu biến đổi năng lượng ................................................................................ 18
2.1.1. Bơm dầu ...................................................................................................... 18
2.1.2. Bơm bánh răng ............................................................................................ 19
2.1.3. Bơm cánh gạt .............................................................................................. 22
2.1.4. Bơm pittông................................................................................................. 24
2.1.5. Động cơ dầu ép ........................................................................................... 27
2.1.6. Công thức tính toán bơm và động cơ dầu ................................................... 29
2.1.7. Xi lanh truyền lực ....................................................................................... 31
2.1.8. Xi lanh chuyển động thẳng: đơn, kép ......................................................... 33
2.1.9. Xi lanh mômen ........................................................................................... 34
2.1.10. Tính toán xilanh truyền lực ....................................................................... 35
2.2. Cơ cấu điều khiển, điều chỉnh ............................................................................ 37

2


92.2.1. Cơ cấu chỉnh áp (Van áp suất) ..................................................................37
2.2.2. Cơ cấu chỉnh lưu lượng ...............................................................................41
2.2.3. Cơ cấu chỉnh hướng.....................................................................................49
2.2.4 Cơ cấu điều khiển bằng dầu ép ....................................................................59
2.3. Thiết bị phụ trợ ...................................................................................................60
2.3.1. Bể dầu ..........................................................................................................60
2.3.2. Bộ lọc dầu ..................................................................................................62
2.3.3. ống dẫn, ống nối ........................................................................................65

Câu hỏi và bài tập chương 2 .......................................................................................68
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển bằng dầu ép ..............................................69


3.1. Điều chỉnh và ổn định vận tốc ............................................................................69
3.1.1. §iỊu chØnh b»ng tiÕt l­u ..............................................................................69
3.1.2. §iỊu chØnh b»ng thĨ tích .............................................................................72
3.1.3. ổn định vận tốc ...........................................................................................73

3.2. Thiết kế hệ thèng ®iỊu khiĨn 1 xi lanh ...............................................................76
3.2.1 Mơc ®Ých ......................................................................................................76
3.2.2 Thiết kế hệ thống truyền động dầu ép ..........................................................76
3.3. Hệ thống điều khiển nhiều xi lanh .....................................................................80
Câu hỏi và bài tập chương 3 .......................................................................................82
Phần 2. Hệ thống truyền động khí nén ..................................................84

Chương 4: Đại cương về truyền động khí nén ...........................................................84

4.1. Quá trình phát triển và khả năng ứng dụng của khí nén.....................................84
4.2. Cấu trúc và đặc điểm của hệ thèng trun ®éng khÝ nÐn ...................................85
4.2.1 CÊu tróc cđa hƯ thống truyền động khí nén .................................................85
4.2.2 Đặc điểm của hệ thèng trun ®éng b»ng khÝ nÐn .......................................86
4.3. TÝnh chÊt cđa khí nén và đơn vị đo lường ..........................................................87
4.3.1 Tính chất của khí nén ...................................................................................87
4.3.2 Đơn vị đo lường của khí nén ........................................................................88
4.4. Các định luật cơ bản của khí nén........................................................................88
4.4.1. §Þnh luËt Boyle - Mariotte ..........................................................................89
4.4.2. §Þnh luËt Gay - Lussac ...............................................................................88
4.4.3. Các phương trình cơ bản của khí lý t­ëng ..................................................88
4.4.4. C¸c tỉn thÊt trong hƯ thèng khÝ nÐn ............................................................90

Câu hỏi và bài tập chương 4.......................................................................................95

Chương 5: Các phần tử trong hệ thống truyền động khí nén ..................................91


5.1. Máy nén khí và thiết bị xử lý..............................................................................92

3


5.1.1. Hệ thống tạo nguồn khí nén ........................................................................ 92
5.1.2. Máy nén khí công nghiệp ........................................................................... 92
5.1.3. Thiết bị xử lý khí nén .................................................................................. 95
5.1.4. Thiết bị phân phối khí nén .......................................................................... 97
5.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển ............................................................ 101
5.2.1. CÊu tróc hƯ thèng ®iỊu khiĨn .................................................................... 101
5.2.2. Van ............................................................................................................ 101
5.2.3. Phần tử cảm biến ....................................................................................... 110
5.2.4. Cơ cấu chấp hành ...................................................................................... 113
Câu hỏi và bài tập chương 5 ..................................................................................... 116

Chương 6. Thiết kế hệ thống điều khiển bằng điện khí nén .................................. 117

6.1. Cơ sở lý thuyết của đại số Boole ...................................................................... 117
6.1.1. Caực pheựp bieỏn ủoồi hàm một biến ........................................................... 117

6.1.2. Các luật cơ bản của ủaùi soỏ Boole ........................................................... 117

6.2. Cách biểu diễn quá trình điều khiển ................................................................ 120
6.2.1. Biểu đồ chức năng ..................................................................................... 120
6.2.2. Biểu đồ trạng thái ...................................................................................... 121
6.2.3. Lưu đồ tiến trình ....................................................................................... 122
6.3. Phân loại phương pháp điều khiển ................................................................... 122


6.4. ThiÕt kÕ m¹ch khÝ nÐn ...................................................................................... 129

6.5. øng dơng PLC vào điều khiển hệ thống dầu ép, khí nén ................................. 136

6.5.1. Phần mềm Simatic S7 -300 ...................................................................... 138
6.5.2. Khai báo phần cứng thiết bị điều khiển lập trình PLC ............................. 141
6.5.3. Các bước thiết kế chương trình điều khiển............................................... 145
6.5.4. Viết chương trình điều khiển .................................................................... 146
6.5.5. Ví dụ ......................................................................................................... 149
6.5.6. Bài tập: ...................................................................................................... 152
Câu hỏi và bài tập chương 6 ..................................................................................... 159
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 166

4


Phần 1
Hệ thống truyền động dầu ép

Chương 1: Đại cương về Hệ thống truyền động dầu ép
1.1. Quá trình phát triển của hệ thống truyền động dầu ép

Vào đầu thế kỷ XX, hệ thống truyền động dầu ép đà phát triển và chia thành

nhiều ngành chuyên sâu, ứng với những kỹ thuật khác nhau, như: Dầu ép trong các

công trình xây dựng, dầu ép của công nghệ chế tạo máy, dầu ép của công nghệ đóng
tàu, dầu ép của công nghệ hóa học.

Ngoài ra, hệ thống truyền động dầu ép ngày càng gắn bó với cơ học chất lỏng,


phương pháp nghiên cứu thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu lý luận ngày càng kết
hợp chặt chẽ với nhau. Đồng thời cũng hình thành một hệ thống phương pháp nghiên
cứu những vấn đề dầu ép, như: Phương pháp nghiên cứu bằng các phần tử chất lỏng;
Phương pháp nghiên cứu bằng các trị số trung bình; Phương pháp tương tự; Phương
pháp phân tích thứ nguyên; Phương pháp thực nghiệm v.v...

Những thành tựu chính của cơ học chất lỏng thúc đẩy việc nghiên cứu ứng dụng

truyền động dầu ép. Đó là: Lý thuyết nửa thực nghiệm về rối với Pơranlơ, Taylo,
Cácman; Sự phân bố vận tốc và sức cản của dòng rối trong ống của Cácman.

Với sự thắng lợi của Cách mạng xà hội chủ nghĩa Tháng 10 Nga vĩ đại đà giải

phóng sức sản xuất và đẩy mạnh công cuộc xây dựng kinh tế ở Cộng hòa Liên bang
Nga, làm cho khoa học kỹ thuật ở nước này có những bước tiến vượt bậc. Truyền động
dầu ép của Nga đà phát triển hết sức nhanh và nhiều mặt đà đứng hàng đầu thế giới.

ở Việt Nam, sau khi Cách mạng tháng Tám năm 1945 thành công, hệ thống

truyền động dầu ép đà được ứng dụng trong các lĩnh vực, như: Công trình thủy điện

(Thác Bà, Nahan, suối Củn, Cấm Sơn), công trình thủy lợi, các ngành công nghiệp,

giao thông vận tải v.v Nội dung Truyền động dầu ép và khí nén đà được đưa vào
giảng dạy, là nội dung cơ sở kỹ thuật cho đào tạo các ngành kỹ thuật ở nước ta.

Từ năm 1960 đến nay, hệ thống truyền động dầu ép đà được ứng dụng trong thiết

bị, dây chuyền sản xuất tự động hóa với trình độ cao, có khả năng điều khiển bằng máy

tính hệ thống truyền động dầu Ðp víi c«ng st lín.

5


1.2. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động dầu ép
1.2.1. Ưu điểm

Truyền động được công suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản,

hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng).

Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự động hoá theo

điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn).

Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau.

Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.

Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên

có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện).

Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ

cấu chấp hành.

Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn.


Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.

Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử

tiêu chuẩn hoá.

1.2.2. Nhược điểm

Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất

và hạn chế phạm vi sử dụng.

Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất

lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn.

Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi

do độ nhớt của chất lỏng.

1.3. Các phương trình cơ bản của lưu chất
1.3.1. áp suất thủy tĩnh

Trong chất lỏng, áp suất (do trọng lượng và ngoại lực) tác dụng lên mỗi phần tử

chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa thay đổi.

a)

b)

Hình 1.1. ¸p st thđy tÜnh

6

c)


- Khối lượng riêng của chất lỏng;
h- Chiều cao của cét n­íc;
g- Gia tèc träng tr­êng;

pS- ¸p st do lùc trọng trường;
pL- áp suất khí quyển;

pF- áp suất của tải trọng ngoài;

A, A1, A2- Diện tích bề mặt tiếp xúc;

F- Tải trọng ngoài.

1.3.2. Phương trình dòng chảy liên tục

Lưu lượng (Q) chảy trong đường ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) là không đổi

(const).

Lưu lượng Q của chất lỏng qua mặt cắt A của ống bằng nhau trong toàn ống (điều

kiện liên tục).


Hình 1.2. Lưu lượng chảy trong đường ống

Ta có phương trình dòng chảy như sau:
Q = A.v = hằng số (const)

Với v là vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt A.
Nếu tiết diện chảy là hình tròn, ta có:
Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2

(1.4)
(1.5)

Vận tốc chảy tại vị trí 2:

7


(1.6)
Trong đó:

Q1[m3 /s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng

chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí 1;

Q2[m3/s], v2[m/s], A2[m2], d2[m] lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng

chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí 2.
1.3.3. Phương trình Bernulli

Theo hình 1.3 ta có áp suất tại một điểm chất lỏng đang chảy:

(1.7)

Hình 1.3. áp suất tại một điểm chất lỏng đang chảy
1.4. Tính chất và đặc điểm của dầu
1.4.1. Đặc điểm của dầu dùng trong hệ thống dầu ép
1. Độ nhớt

Độ nhớt là mét trong nh÷ng tÝnh chÊt quan träng nhÊt cđa chÊt lỏng. Độ nhớt xác

định ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khả năng chống biến dạng trượt hoặc
biến dạng cắt của chất lỏng. Có hai loại độ nhớt:
a. Độ nhớt động lực

8


Độ nhớt động lực là lực ma sát tính bằng 1N tác động trên một đơn vị diện

tích bề mặt 1m2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách nhau

1m và có vận tốc 1m/s.

Độ nhớt động lực được tính bằng [Pa.s]. Ngoài ra, người ta còn dùng đơn vị

poazơ (Poiseuille), viết tắt lµ P.

1P = 0,1N.s/m2 = 0,010193kG.s/m2

1P = 100cP (centipoiseuilles)


Trong tÝnh toán kỹ thuật thường số quy tròn:
1P = 0,0102kG.s/m

b. Độ nhớt động
lỏng:

Độ nhớt động là tỷ số giữa hệ số nhớt động lực với khối lượng riêng của chất
(1.8)

= /

Đơn vị độ nhớt động là [m2/s]. Ngoài ra, người ta còn dùng đơn vị stốc (Stoke),

viết tắt là St hoặc centistokes, viết tắt là cSt.
1St = 1cm2/s = 10-4m2/s

1cSt = 10-2St = 1mm2/s.

c. §é nhít Engler (E0)

§é nhít Engler (E0) là một tỷ số quy ước dùng để so sánh thời gian chảy

200cm3 dầu qua ống dẫn có ®­êng kÝnh 2,8mm víi thêi gian ch¶y cđa 200cm3 n­íc cÊt

ë nhiƯt ®é 200C qua èng dÉn cã cïng ®­êng kính, ký hiệu: E0 = t/tn

Độ nhớt Engler thường được đo khi đầu ở nhiệt độ 20, 50, 1000C và ký hiệu tương ứng
với nó: E020, E050, E0100.

2. Yêu cầu đối với dầu thủy lực


Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả

năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá häc vµ tÝnh chÊt vËt lý, tÝnh chèng rØ, tÝnh ăn
mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lữa, nhiệt độ đông
đặc.

Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp suất;
+ Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ;

9


+ Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm
nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra;

+ Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di
trượt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất;

+ Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và không khí,
dẫn nhiệt tốt, có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ.
Trong những yêu cầu trên, dầu khoáng chất thoả mÃn được đầy đủ nhất.
1.4.2. Các đơn vị đo lường của dầu
1. áp suất (p)

Theo đơn vị đo lường SI là Pascal (pa)

1pa = 1N/m2 = 1m-1kgs-2 = 1kg/ms2


Đơn vị này khá nhỏ, nên người ta thường dùng đơn vị: N/mm2, N/cm2 và so với

đơn vị áp suất cũ là kg/cm2 thì nó có mối liên hƯ nh­ sau:

1kg/cm2 ≈ 0.1N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2

(TrÞ sè chính xác: 1kg/cm2 = 9,8N/cm2; nhưng để dễ dàng tính toán, ta lấy

1kg/cm2 = 10N/cm2).

Ngoài ra ta còn dùng:

bar = 105N/m2 = 1kg/cm21at = 9,81.104N/m2 ≈ 105N/m2 = 1bar. (Theo DIN- tiêu

chuẩn Cộng hòa Liên bang Đức thì 1kp/cm2 = 0,980665bar 0,981bar; 1bar

1,02kp/cm2. Đơn vị kG/cm2 tương đương kp/cm2).
2. Vận tốc (v)

Đơn vị của vận tốc là m/s (cm/s).

3. Thể tích và lưu lượng

a. Thể tích (V): m3 hoặc lít(l)

b. Lưu lượng (Q): m3/phút hoặc l/phút.

Trong cơ cấu biến đổi năng lượng dầu ép (bơm dầu, động cơ dầu) cũng có thể


dùng đơn vị là m3/vòng hoặc l/vòng.
4. Lực (F)

Đơn vị lực là Newton (N)
1N = 1kg.m/s2

5. Công suất (N)

Đơn vị công suất là Watt (W)

10


1W = 1Nm/s = 1m2.kg/s3
1.5 Tỉn thÊt trong hƯ thèng dầu ép

Trong hệ thống thủy lực có các loại tổn thất sau:

1.5.1. Tổn thất thể tích

Loại tổn thất này do dầu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của hệ

thống gây nên.

Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể tích

càng lớn.

Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm dầu,


động cơ dầu, xilanh truyền lực).

Đối với bơm dầu: tổn thất thể tích được thể hiện bằng hiệu suất sau:
tb = Q/Q0

(1.9)

Q- Lưu lượng thực tế của bơm dầu;

Q0- Lưu lượng danh nghĩa của bơm.

Nếu lưu lượng chảy qua động cơ dầu là Q0đ và lưu lượng thực tế Qđ = qđ.đ thì

hiệu suất của đông cơ dầu là:
tđ = Q0đ/Qđ

(1.10)

Nếu như không kể đến lượng dầu dò ở các mối nối, ở các van thì tổn thất trong hệ

thống dầu ép có bơm dầu và động cơ dầu là:
t = tb. tđ

(1.11)

1.5.2. Tổn thất cơ khí

Tổn thất cơ khí là do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối ở trong

bơm dầu và động cơ dầu gây nên.


Tổn thất cơ khí của bơm được biểu thị bằng hiệu suất cơ khí:
cb = N0/N

(1.12)

N0- Công suất cần thiết để quay bơm (công suất danh nghĩa), tức là công suất cần

thiết để đảm bảo lưu lượng Q và áp suất p của dầu, do đó:

(1.13)

N- Công suất thực tế đo được trên trục của bơm (do mômen xoắn trên trục).
Đối với dầu: N0đ = (p.Qđ)/6.104

Do đó:

cđ = N®/N0®

11

(1.15)

(1.14)


Từ đó, tổn thất cơ khí của hệ thống thủy lực là:
c = cb. cđ

(1.16)


1.5.3. Tổn thất áp suất

Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dầu từ

bơm đến cơ cấu chấp hành (động cơ đầu, xilanh truyền lực).
Tổn thất này phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Chiều dài ống dẫn

+ Độ nhẵn thành ống

+ Độ lớn tiết diện ống dẫn
+ Tốc độ chảy

+ Sự thay đổi tiết diện

+ Sự thay đổi hướng chuyển động
+ Trọng lượng riêng, độ nhớt.

Nếu p0 là áp suất của hệ thống, p1 là áp suất ra, thì tổn thất được biểu thị bằng

hiệu suất:

Hiệu áp p là trị số tổn thất áp suất.

(1.17)

Tổn thất áp suất do lực cản cục bộ gây nên được tính theo công thức sau:
(1.18)
Trong đó:


- khối lượng riêng cđa dÇu (914kg/m3);
g- gia tèc träng tr­êng (9,81m/s2);

v- vËn tèc trung bình của dầu (m/s);
- hệ số tổn thất cục bộ;
l- chiều dài ống dẫn;
d- đường kính ống.

1.5.4. ảnh hưởng các thông số hình học đến tổn thất áp suất
1. Tiết diện dạng tròn
Nếu ta gọi:

p- Tổn thất áp suất;

12


l- Chiều dài ống dẫn;

- Khối lượng riêng của chất lỏng;
Q- Lưu lượng;

D- Đường kính;

- Độ nhớt động học;

- Hệ số ma sát của ống;

Hình 1.4. Dạng tiết diện tròn


LAM - Hệ số ma sát đối với chảy tầng

TURB - Hệ số ma sát đối với chảy rối.

Hình 1.5. ảnh hưởng các thông số hình học đến tổn thất áp st

2. TiÕt diƯn thay ®ỉi lín ®ét ngét

13


Trong đó:

D1- đường kính ống dẫn vào;
D2- đường kính ống dẫn ra.

Hình 1.6. Tiết diện thay đổi lớn đột ngột

3. Tiết diện nhỏ đột ngột

Hình 1.7. Tiết diện nhỏ đột ngột

4. Tiết diện thay đổi lớn từ từ

Hình 1.8. Tiết diƯn thay ®ỉi lín tõ tõ

14



5. TiÕt diƯn nhá tõ tõ
Tỉn thÊt: ∆p = 0

6. Vào ống dẫn

Hình 1.9. Tiết diện nhỏ từ từ

Tổn thất áp suất được tính theo công thức sau:

7. Ra ống dẫn

Hình 1.10. Dầu vào ống dẫn

Tổn thất áp suất được tÝnh theo c«ng thøc sau:

15


8. ống dẫn gÃy khúc

Hình 1.11. Dầu ra ống dẫn

R/D ≈ 4

H×nh 1.12. èng dÉn g·y khóc

16


Câu hỏi và bài tập chương 1

1. Lối vào của bơm thủy lực cách bề mặt của bể chứa dầu là 0.6m. Trọng lượng riêng

của dầu 0.86 g/cm3. Xác định áp suất tĩnh tại lối vào của bơm.

2. Tính toán ®­êng kÝnh trong cđa èng hót vµ èng ®Èy cđa bơm có lưu lượng là 40

l/min làm việc với vận tèc lín nhÊt ë èng hót lµ 1.2m/s vµ ë ống đẩy là 3.5m/s.

3. Một bơm thủy lực có thông số lưu lượng 12 l/min và áp suất làm việc là 200 bar.

Yêu cầu:

- Tính công suất thủy lực bơm.

- Nếu hiệu suất làm việc của bơm là 60% thì công suất của động cơ điện cần

thiết truyền động bơm là bao nhiêu.

4. Nêu các thông số hình học ảnh hưởng đến tổn thất áp suất.
5. Cách tính toán tổn thất trong hệ thống dầu ép.
6. Các định luật cơ bản của lưu chất.

7. HÃy nêu tính chất và đặc ®iĨm cđa dÇu.

17


Chương 2:
Các phần tử trong hệ thống điều khiển dầu ép


2.1. Cơ cấu biến đổi năng lượng
2.1.1. Bơm dầu

1. Chức năng, nhiệm vụ

Bơm đầu l một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thnh năng

lượng của dầu (dòng chất lỏng). Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể tích,
tức l loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tÝch c¸c

bng lμm viƯc, khi thĨ tÝch cđa bng lμm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ
hút v khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén.
2. Phân loại

a. Bơm với lưu lượng cố định

+ Bơm bánh răng ăn khớp ngoài;
+ Bơm bánh răng ăn khớp trong;
+ Bơm pittông hướng trục;
+ Bơm trục vít;

+ Bơm pittông dÃy;

+ Bơm cánh gạt kép;
+ Bơm rôto.

b. Bơm với lưu lượng thay đổi

+ Bơm pittông hướng tâm;


+ Bơm pittông hướng trục (truyền bằng đĩa nghiêng);
+ Bơm pittông hướng trục (truyền bằng khớp cầu);
+ Bơm cánh gạt ®¬n.

18


2.1.2. Bơm bánh răng

1. Nguyên lý làm việc

Hình 2.1. Sơ đồ mặt cắt của bơm bánh răng

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: khi thể tích của

buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; và nén khi thể tích giảm, bơm
đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Nếu như trên đường dầu bị đẩy ra ta đặt
một vật cản (ví dụ như van), dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc
vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm.
2. Phân loại

Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rÃi nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế

tạo. Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên
các máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp,.... Phạm vi áp suất sử dụng của bơm bánh
răng hiện nay có thể từ 10 ữ 200bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo).

Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, có

thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chử V.


Loại bánh răng ăn khớp ngoài được dùng rộng rÃi hơn vì chế tạo dễ hơn, nhưng

bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gän nhĐ h¬n.

19


H.c

H.b
H.a

Hình 2.2. Bơm bánh răng

a. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài; b. Bơm bánh răng ăn khớp trong; c. Ký hiệu bơm.
3. Lưu lượng bơm bánh răng

Khi tính lưu lượng dầu, ta coi thể tích dầu được đẩy ra khỏi rÃnh răng bằng với

thể tích của răng, tức là không tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng có kích
thước như nhau. (Lưu lượng của bơm phụ thuộc vào kết cấu)
Nếu ta đặt:

m- Modul của bánh răng [cm];

d- Đường kính chia bánh răng [cm];
b- Bề rộng bánh răng [cm];

n- Số vòng quay trong một phút [vòng/phút];


Z - Số răng (hai bánh răng có số răng bằng nhau).

Thì lượng dầu do hai bánh răng chuyển đi khi nó quay một vòng:
Qv = 2..d.m.b [cm3/vòng] hoặc [l/ph]

2.1)

Nếu gọi Z là số răng, tính đến hiệu suất thể tích t của bơm và số vòng quay n, thì lưu

lượng của bơm bánh răng sẽ là:

Qb = 2..Z.m2.b.n. t[cm3/phút] hoặc [l/ph]

t = 0,76 ữ 0,88 hiệu suất của bơm bánh răng

4. Kết cấu bơm bánh răng

(2.2)

Kết cấu của bơm bánh răng được thể hiện như ở hình 2.3.

20


Trong đó:

Hình 2.3. Kết cấu bơm bánh răng

1. Cặp bánh răng; 2. Vành chắn;

3. Thân bơm; 4.1; 4.2 Mặt bích;
5. Vành chắn dầu ở trục quay; 6. ổ đỡ;
7. Vòng chắn để điều chỉnh độ hở mặt hông của cặp bánh răng và vành chắn
* Bơm trục vít

Bơm trục vít là sự biến dạng của bơm bánh răng. Nếu bánh răng nghiêng có số

răng nhỏ, chiều dày và góc nghiêng của răng lớn thì bánh răng sẽ thành trục vít.
Bơm trục vít thường có 2 trục vít ăn khớp với nhau.

Hình 2.4. Bơm trục vít

21


Bơm trục vít thường được sản xuất thành 3 loại:
+ Loại áp suất thấp: p = 10 ữ 15bar

+ Loại áp suất trung bình: p = 30 ữ 60bar

+ Loại áp suất cao: p = 60 ữ 200bar.

Bơm trục vít có đặc điểm là dầu được chuyển từ buồng hút sang buồng nén theo

chiều trục và không có hiện tượng chèn dầu ở chân ren.

Nhược điểm của bơm trục vít là chế tạo trục vít khá phức tạp. Ưu điểm căn bản

là chạy êm, độ nhấp nhô lưu lượng nhỏ.
2.1.3. Bơm cánh gạt

1. Phân loại

Bơm cánh gạt cũng là loại bơm được dùng rộng rÃi sau bơm bánh răng và chủ

yếu dùng ở hệ thống có áp thấp và trung bình.

So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm một lưu lượng đều hơn, hiệu suất

thể tích cao hơn.
chính:

Kết cấu Bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại
+ Bơm cánh gạt đơn.
+ Bơm cánh gạt kép.

2. Bơm cánh gạt đơn

Bơm cánh gạt đơn là khi trục quay một vòng, nó thực hiện một chu kỳ làm việc

bao gồm một lần hút và một lần nén.

Lưu lượng của bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch

vòng trượt).

22


H.a


H.d
H.c

H.b

a,b,c Kết cấu;

d) Ký hiệu

Hình 2.5. Nguyên tắc điều chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt đơn
3. Bơm cánh gạt kép

Bơm cánh gạt kép là khi trục quay một vòng, nó thực hiện hai chu kỳ làm việc

bao gồm hai lần hút và hai lần nén.

Hình 2.6. Bơm cánh gạt kép

4. Lưu lượng của bơm cánh gạt

Nếu các kích thước hình học có đơn vị là [cm], số vòng quay n [vòng/phút], thì

lưu lượng qua bơm là:

23


Q = 2.10-3.π.e.n.(B.D + 4.b.d) [lÝt/phót]

Trong ®ã:


(2.3)

D- ®­êng kÝnh Stato; B- chiều rộng cánh gạt; b- chiều sâu của rÃnh; e- độ

lệch tâm; d- đường kính con lăn.
2.1.4. Bơm pittông
1. Phân loại

Bơm pittông là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu pittông -

xilanh. Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàng đạt được độ chính xác

gia công cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả năng thực hiện được với áp suất làm
việc lớn (áp suất lớn nhất có thể đạt được là p = 700bar).

Bơm pittông thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng

lớn; đó là máy truốt, máy xúc, máy nén,....

Dựa trên cách bố trí pittông, bơm có thể phân thành hai loại:
+ Bơm pittông hướng tâm.

+ Bơm pittông hướng trục.
được.

Bơm pittông có thể chế tạo với lưu lượng cố định, hoặc lưu lượng điều chỉnh
2. Bơm pittông hướng tâm

Lưu lượng được tính toán bằng việc xác định thể tích của xilanh. Nếu ta đặt d-


là đường kính của xilanh [cm], thì thể tích của một xilanh khi rôto quay một vòng:
q=

.d 2
4

h . [cm3/vòng]

(2.4)

Trong đó: h- hành trình pittông [cm]

Vì hành trình của pittông h = 2e (e là độ lệch tâm của rôto và stato), nên nếu

bơm có z pittông và làm việc với số vòng quay là n [vòng/phút], thì lưu lượng của bơm
sẽ là:

Q = q.z.n.10 [lít/phút] =
-3

.103
2

= d2.e.h.z[lít/phút]

(2.5)

Hành trình của pittông thông thường là h = (1,3 ữ 1,4).d và số vòng quay nmax =


1500vg/ph.

Lưu lượng của bơm pittông hướng tâm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ

lệch tâm (xê dịch vòng trượt).

24


Hình 2.7. Bơm pittông hướng tâm

Pittông (3) bố trí trong các lỗ hướng tâm rôto (6), quay xung quanh trục (4).

Nhờ các rÃnh và các lỗ bố trí thích hợp trên trục phân phối (7), có thể nối lần lượt các

xilanh trong một nữa vòng quay của rôto với khoang hút nữa kia với khoang đẩy. Sau

một vòng quay của rôto, mỗi pittông thực hiện một khoảng chạy kép có lớn bằng 2 lần
độ lệch tâm e.

Trong các kết cấu mới, truyền động pittông bằng lực ly tâm. Pittông (3) tựa trực

tiếp trên đĩa vành khăn (2). Mặt đầu của pittông là mặt cầu (1) đặt hơi nghiêng và tựa

trên mặt côn của đĩa dẫn. Rôto (6) quay được nối với trục (4) qua ly hợp (5). Để điều
khiển độ lệch tâm e, ta sử dụng vít điều chỉnh (8).
3. Bơm pittông hướng trục

Bơm pittông hướng trục là loại bơm có pittông đặt song song với trục của rôto


và được truyền bằng khớp hoặc bằng đĩa nghiêng. Ngoài những ưu điểm như của bơm
pittông hướng tâm, bơm pittông hướng trục còn có ưu điểm nữa là kích thước của nó
nhỏ gọn hơn, khi cùng một cỡ với bơm hướng tâm.

Ngoài ra, so với tất cả các loại bơm khác, bơm pittông hướng trục có hiệu suất

tốt nhất, và hiệu suất hầu như không phụ thuộc và tải trọng và số vßng quay.

25